ПУСТЬ ВРЕМЯ ВАШИХ ПЕРЕМЕН РАБОТАЕТ НА ВАС! (drumsmen) wrote,
ПУСТЬ ВРЕМЯ ВАШИХ ПЕРЕМЕН РАБОТАЕТ НА ВАС!
drumsmen

Ядерная мать

Оригинал взят у 32 в Ядерная мать
Решена главная проблема жизни на Земле
Ядерная мать


В прошлом году на дне Атлантического океана ученые обнаружили Локи — потерянное звено между эукариотами и прокариотами, организм, который может помочь ответить на вопрос, как появились первые клетки с ядром и митохондриями. Познакомимся со статьей микробиолога Гаутама Дея (Gautam Dey) в журнале Trends in Cell Biology о том, что представляет собой первый эукариотический организм.



Эукариоты — гигантская группа (домен) живых организмов, включающая в себя человека, обезьян, кошек, насекомых и амеб. Всех объединяет то, что в их клетках содержатся мембранные органоиды: ядро, митохондрии, пластиды. Ученые установили, что сами эукариоты — плод симбиоза существ из двух других (доядерных или прокариотических) доменов: бактерий и архей.

Клетки эукариот значительно отличаются от прокариот. Например, их масса на один-два порядка больше массы бактерий и архей. Еще одно весьма заметное отличие эукариот — внутренние мембраны, разделяющие их цитоплазму на многочисленные отсеки — компартменты. Движение компартментов и их распределение во внутренней среде клетки регулируется рядом специфических белков, ранее в прокариотах не встречавшихся.

Скопление одноклеточных эукариотических организмов

Скопление одноклеточных эукариотических организмов

Ученые в течение десятилетий спорят о том, какова должна быть клеточная и генетическая природа последнего общего предка эукариот (LEKA) — организма, от которого произошли все имеющие ядро клетки. Считается, что эукариоты — это результат симбиоза археи, игравшей роль клетки-хозяина, и бактерии, что дала начало митохондриям. Однако была серьезная проблема: не хватало промежуточного звена, способного перекинуть мост через пропасть между прокариотами и эукариотами, сильно отличающимися размерами и по степени сложности организации.

Помощь пришла с неожиданной стороны. Технологии расшифровки ДНК становятся все дешевле и доступнее. Теперь есть возможность собирать геномные данные из различных сред, где обитали археи и бактерии. Дело в том, что далеко не все микроорганизмы удается культивировать в условиях лаборатории. Ведь они живут порой в крайне специфических условиях, например, в геотермальных источниках. Но можно собрать пробы, обработать клетки реактивами для выделения ДНК и определить последовательности нуклеотидов, чтобы найти специфические гены. Так расшифровали геномы многих архей, и выяснилось: прокариоты содержат последовательности, аналогичные тем генам, что, как раньше думали, встречаются только у эукариот.

Изображение термофильной бактерии в условных цветах

Изображение термофильной бактерии в условных цветах

Что это за гены? Во-первых, те, что кодируют белки, формирующие пререпликационный комплекс, необходимый для копирования ДНК. Во-вторых, последовательности, кодирующие убиквитин, участвующий в регуляции активности других белков. В-третьих, гены, отвечающие за синтез актина, тубулина и белка ESCRTIII — молекул, нужных для придания мембранам определенных форм и считавшихся специфичными для эукариот.

Установлено, что основная часть белковых механизмов, определяющих внутриклеточную архитектуру ядерных клеток, происходит от белков, присутствующих у архей группы TACK. В TACK входят типы Thaumarchaeota, Aigarchaeota, Crenarchaeota и Korarchaeota. Недавно обнаруженные в Атлантическом океане Lokiarchaeota, также относящиеся к указанной группе, подтвердили эту теорию. Дело в том, что в локиархеях, чей геном был выделен в 2015 году из клеток, собранных возле гидротермального источника «Замок Локи», выявили 175 генов, кодирующих белки, похожие на эукариотические. В их число входят и ESPs (eukaryotic signature proteins) — белки, считавшиеся уникальными только для ядерных клеток. Когда ученые построили эволюционное дерево — схему, показывающую родство между различными организмами, — оказалось, что локиархеи ближе к эукариотам, чем к другим археям. В качестве аналогии можно привести шимпанзе: по своему ДНК этот примат ближе к людям, чем к другим обезьянам.

Подводный геотермальный источник «Замок Локи»

Подводный геотермальный источник «Замок Локи»

Loki — первый прокариотический организм, в котором обнаружены белки, напоминающие эукариотические ГТФазы. Это открытие очень воодушевило ученых, поскольку в ядерных организмах ферменты ГТФазы — ключевой элемент управления цитоскелетом, подвижностью клеток, обособляемостью компартментов и внутриклеточным транспортом. Возникает вопрос: зачем локиархеям все это нужно?

Есть предположение, что ГТФазы нужны локиархеям, потому что эти прокариоты имеют примитивные мембранные органеллы и транспортную систему, напоминающую транспортную систему эукариот. Локи мог поглотить бактерии при помощи фагоцитоза в результате чего обзавелся внутренними симбионтами, позднее ставшими аналогами митохондрий. Однако может оказаться, что на самом деле Локи — небольшой организм, чьи «эукариотические» гены выполняют другие, регуляторные функции. Значит, локиархеи стоят в самом начале пути превращения в ядерные клетки. Они постепенно обзаводятся эукариотической внутриклеточной архитектурой через обмен генами со своим бактериальным партнером. С этой точки зрения эукариогенез является результатом равноценного сотрудничества между бактериями и археями. Какая из альтернатив верна, покажет только непосредственное изучение Loki.

Может сложиться впечатление, что раз нам известны гены локиархей, мы могли бы воспроизвести внешний вид клетки и понять все, что нам нужно. Однако это не так-то просто. Между генотипом (совокупностью генов) и фенотипом (совокупностью признаков и черт организма) большое расстояние. Например, похожие друг на друга гены в разных организмах могут выполнять различные функции. Всего лишь маленькая разница в ДНК-последовательности гена, кодирующего белок актин, способна привести к большим изменениям в цитоскелете и во внешнем виде клетки. Однако некоторые выводы из генетического сходства все же можно сделать. Естественно, без самого Loki это будут спекуляции, но вполне вероятные.

Эукариоты (справа) возникли в результате симбиоза бактерий и архей (слева)

Эукариоты (справа) возникли в результате симбиоза бактерий и архей (слева)

У эукариот есть липид-модифицирующие ферменты, обеспечивающие взаимодействие ГТФаз с мембранами. Вроде бы очевидно, что и ферменты, и ГТФазы должны эволюционировать вместе, однако у Loki не оказалось ортологов (похожие соединения, выполняющие похожие функции) модифицирующих белков. Не исключено, что у локиархей существуют какие-то иные механизмы, способствующие соединению ГТФаз с мембранами, либо ГТФазы вообще играют другую роль.

Есть ли способ узнать, какой из этих вариантов более вероятен, просто взглянув на ДНК архей? Можно посмотреть, например, на опероны — структурные особенности организации генома у прокариот. Они включают в себя участки ДНК и гены (цистроны), выполняющие связанные друг с другом функции. Таким образом, рядом с генами, кодирующими ГТФазы, обнаруживаются гены, отвечающие за синтез белков. Они могли бы подсказать, какова функция ГТФаз. Если подтвердится, что эти ферменты играют какую-то другую роль, то, возможно, их функции похожи на те, что выполняют другие малые ГТФазы, — те, что контролируют транспортировку веществ между ядром и цитоплазмой.

Если последнее верно, тогда мы действительно должны признать, что ГТФазы в Локи выполняют регуляторные функции и не участвуют в фагоцитозе. Скорее всего, Lokiarchaeota имеют ядро и примитивные внутренние мембраны, но еще не обзавелись митохондриями. Эти организмы демонстрируют, как могли бы выглядеть археи, вставшие на путь превращения в ядерные клетки. Их тесное взаимодействие с альфапротеобактериями, предками митохондрий, позволило последним обосноваться внутри архей, но уже после того, как произошло массивное заимствование генов.

Александр Еникеев


Subscribe
Buy for 20 tokens
Заказчиков выступал никто иной, как российские спецслужбы. Это их почерк Фото: Яндекс Картинки (Киев) "Убийство Шеремета было совершено с целью дестабилизировать ситуацию". Всем желающим показали кадры с камеры видеонаблюдения, на которых запечатлены убийцы журналиста. Ими…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments